Измеритель ТС-параметров на микроконтроллере

October 25, 2010 by admin Комментировать »

В. Никандров, г. Ярославль

Публикуя этот материал, издатели преследуют двоякую цель. Предло­женный прибор не только будет повторен квалифицированными радиолю­бителями, но и заинтересует специалистов электронной акустической техники.

Как известно, для правильного расчета акустического оформления низ­кочастотной головки (сабвуфер, мидбас) необходимо знать как минимум три ее основных параметра из числа так называемых параметров Тиэле-Смолла (Thiele Small parameters, сокращенно ТС-параметры).

Основные параметры:

Fs — собственная резонансная частота, Qts — полная добротность, Vas — эквивалентный объем.

Зная точные значения этих параметров, можно рассчитать необходимое акустическое оформление головки. Это можно сделать или вручную или воспользоваться известными компьютерными программами (JBL Speaker- Shop, SpeakerWorkShop и другие, описание которых можно найти в [8]). Проблема в том, что далеко не все производители низкочастотных головок приводят ТС-параметры в своей документации. Кроме того, заявленные производителем значения часто отличаются от реальных.

Итак, как же измерить параметры Тиэле-Смолла в домашних условиях? Существует несколько способов:

¦ с применением НЧ генератора, усилителя, частотомера и милливоль­тметра [2].

•   с применением компьютера (звуковая плата), специальной приставки и программы SpeakerWorkShop [3].

•  с применением профессиональною оборудования, которое практичес­ки недоступно.

Первый способ требует больших материально-временных затрат, а так­же навыков работы с измерительной аппаратурой. Второй способ наиболее распространен, однако и здесь иногда возникают трудности с настройкой программы, звуковой платы и т. д. Кроме того, измерительный комплекс во всех случаях получается достаточно громоздким и может работать только в стационарных условиях.

В связи с этим была поставлена задача разработать автономный прибор, который бы облегчил и ускорил процесс измерения. Причем желательно, чтобы от пользователя требовалось минимум действий — подключить исс­ледуемый динамик к прибору, нажать кнопку, и через некоторое время по­лучить искомый результат на индикаторе. Стоимость прибора должна быть в разумных пределах.

Такой прибор был разработан на основе микроконтроллера фирмы ATMEL. Он объединяет в себе управляемый НЧ генератор, частотомер, цифровой милливольтметр и устройство индикации (ЖКИ). Прибор позво­ляет измерять резонансную частоту головки Fs в диапазоне 10… 100 Гц и полную добротность Qts, попутно измеряется сопротивление головки на постоянном токе — Re.

Принцип работы

Алгоритм работы прибора задается программой, «зашитой» в микрокон­троллере и в общих чертах повторяет алгоритм ручного измерения [2]. На рис. 4.1 приведена типовая импедансная характеристика низкочастотных динамиков вблизи частоты резонанса Fs.

Все необходимые для измерения операции микроконтроллер выполняет автоматически, освобождая пользователя от рутинной работы. С этой целью в приборе формируется синусоидальное напряжение с амплитудой 10 В и

требуемой частотой, которое через усилитель и токостабилизирующий ре­зистор номиналом 1 кОм подается на исследуемый динамик. Измерение напряжения на динамике производится встроенным цифровым милливоль­тметром, данные с которого считывается и обрабатывается микроконтрол­лером. На ЖКИ выводится уже готовый результат. По времени вся процеду­ра измерения занимает буквально пару минут.

Нахождение Vas (методом добавочной массы или добавочного объема) сводится, по сути, к повторному измерению Fs и Qts. После чего, остается вычислить Vas с помощью калькулятора по известным формулам [2]. Нап­ример, при нахождении Vas методом добавочной массы, его можно рассчи­тать по формуле:

где R — радиус эффективной излучающей поверхности, равный половине расстояния от середины ширины резинового подвеса с одной стороны до се­редины резинового подвеса противоположной, его надо подставлять в сан­тиметрах [см],

М — это масса грузиков в граммах [г],

Fs [Гц] — измеренная собственная резонансная частота,

Fsf [Гц] — измеренная резонансная частота с грузиками.

В качестве грузиков можно использовать набор балансировочных грузи­ков на самоклеющейся основе, которые применяются для балансировки лег­косплавных автомобильных дисков, но непосредственно приклеивать гру­зики к диффузору нельзя, так как клейкий слой у них обладает сильной ад­гезией и можно повредить диффузор. Автор рекомендует сначала приклеить грузик к медицинскому пластырю на тканевой основе, затем сделать нес­колько пробных приклеиваний-отлипов к кусочку полиэтиленовой пленки и только потом осторожно закрепить грузики на диффузоре.

Более точным методом определения Vas принято считать метод добавоч­ного объема [2]. Для этого нужно герметично закрепить динамик в измери­тельном ящике. Лучше всего это сделать магнитом наружу, поскольку дина­мику все равно, с какой стороны у него объем, а вам будет проще подклю­чать провода. Да и лишних отверстий при этом меньше. Объем ящика обоз­начен как Vb. Затем нужно запустить процесс измерения и считать значение Fc (резонансной частоты динамика в закрытом ящике) и затем найти экви­валентный объем по формуле:

содержит 4 многожильные витые пары в общем экране. В качестве разъема для подключения к плате использован 5-контактный отрезок «гребенки» (Female) с шагом 2,54 мм с соответствующей ответной частью на плате, а для подключения к компьютеру — стандартный 25-контактный разъем DB25 (Male). Эскиз кабеля приведен на рис. 4.9. Обратите внимание, что все «земляные» провода соединены в одной точке «А».

Последовательность действий при «прошивке» микроконтроллера сле­дующая — подключаем разъем XI (DB25 Male) кабеля к параллельному порту (LPT) компьютера, убеждаемся, что питание на плате устройства вык­лючено, второй конец кабеля с разъемом Х2 (рис. 4.9) подключаем к ответ­ной части, расположенной на плате (Х2, рис. 4.8), проверяя совпадения мар­керов на обеих частях разъема. Подаем питание на плату. Запускаем на ком­пьютере программу AECISP.

Работа с программой очень проста

Настраиваем режим программирования: (J) Setup Erase Flash & EEPROM Memory — Yes Program Flash Memory — Yes Program EEPROM Memory — No Verify Flash Memory — Yes Verify EEPROM Memory — No Lock Protect Bit 1 — Yes Lock Protect Bit 2 — Yes Lock Protect Bit 3 — Yes Device — AT89S52 (S) Save Setup

Загружаем файл прошивки: (A) Load HEX File To Flash Buffer. Вводим путь и имя файла с прошивкой — ts.hex, который содержит оттранслиро­ванный код программы в формате INTEL HEX. Сам файл прошивки можно скачать в интернете по ссылке [11]. Файл прошивки приведен также в ПРИ­ЛОЖЕНИИ в конце статьи.

Программируем микроконтроллер: (Е) Program.

После того как программа успешно загружена, снимаем питание с пла­ты, отключаем кабель, завершаем работу с программой AECJSP.

Для дальнейшей настройки, необходимо перевести микроконтроллер в тестовый режим, включив питание при нажатой кнопке «Пуск». На ЖКИ появится сообщение «Test Output 0V». Резистором R9 можно подстроить контраст изображения на ЖКИ. Затем последовательно нажимаем кнопку «Пуск». Прибор циклически переходит в режим «генерации нуля» на выхо­де, затем 10 В постоянного напряжения и синусоиды с частотой 50 Гц.

Установив режим «генерации нуля», нодстроечным резистором R22 до­биваются напряжения близкого к нулю на выходе ПАЗ.2, затем резистором R26 устанавливают нулевое напряжение в точке соединения резисторов R33, R35, R39 (на выходе усилителя). После перехода в режим генерации постоянного напряжения резистором R23 устанавливают в точке соедине­ния резисторов R33, R35, R39 напряжение 10 В. Процедуры повторяют нес­колько раз, добиваясь нужного результата. Затем, после перехода в режим генерации сигнала проверяют наличие на выходе синусоидального напря­жения сигнала с частотой 50 Гц.

Теперь несколько слов о процессе измерения. Его желательно проводить в помещении, где минимизированы акустические, вибрационные и электро­магнитные помехи.

Закрепите измеряемый динамик на достаточном расстоянии от стен, по­толка и пола. Это можно сделать, например, с помощью веревочного подвеса.

Включите ТС-метер, на ЖКИ появится сообщение READY (ГОТОВ). Подключите зажимы измерительного кабеля к динамику (полярность значе­ния не имеет).

Запустите процесс измерения, нажав кнопку «Пуск».

Дождитесь окончания измерения и появления результатов на индикато­ре. Обычно процесс занимает не более 2 минут.

В случае выхода измеряемых величин за пределы допустимых значений, процесс измерения останавливается и на ЖКИ выводится соответствующее сообщение:

а)     «Re is out of range» — измеренное значение Re превышает 20 Ом или меньше 1 Ом.

б)    «Fs is out of range» — значение Fs находится за пределами диапазона 10… 100 Гц.

в)    «F1 is out of range» — значение F1 находится за пределами диапазона 10. ..100 Гц.

г)     «R0 is out of range» — значение величины R0 превышает 20.

Литература

1.       http://www.analog.com

2. http://www.bluesmobil.com/shikhman/arts/tsm.htm

3. http://www.bluesrnobil.com/shikhman/arts/box.htin

4.       Ридико Я, И. Низкочастотный синусоидальный генератор с шагом сет­ки 0,01 Гц. — Схемотехника, 2001, № 2.

5.http://www.atrnel.com

6.       Солнцев Ю. Высококачественный предварительный усилитель. — Ра­дио, 1985, №4, с. 32.

7.Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройс­твах. — JL: Энергоатомиздат, 1988.

8.http://www.avtozvuk.com

9.http://www.aec-electronics.co.nz/software.htm

10. Однокристальные микроЭВМ. Семейство МК48. Семейство МК51. Техническое описание и руководство по применению. /Липовецкий Г. Н., Литвинский Г. В., Оксинь О. Н., Проценко Л. В., Петренко Н. В., Сивоборо­дое П. В. — М.: МП «Бином», 1992.

11 Адрес, файла с прошивкой микроконтроллера: http://www.bevesmobil.com/schikman/tshex

 

:20004000758110780074002407131313541ffab400028005760008dafb78007a00ba0002a1 :200060008005760008dafb79007800900100e948600ae4f0a318b8fff51980f27b007a00d0 :2000800090000079017800eb4a601ce493a3ac828882ad838983f0a3a882a9838c828d8398 :2000а0001abaffe31b80e090000078007a00ba00028007e493a3f608daf97eff7fff120151 :2000c00017020000c0e0c0d0c082c083c0f0d2d3b294e57f257cf57fe57e357bf57ee57d56 :2000e0003400f57d03035403f9e57e0303543ff8e57d030354c048900afe2582f582e93578 :2001000083f583e493f5a0d0f0d083d082d0d0d0e032323232323275a80075 81 of 12078537 :2001200012083ac2b6d2b6757a007402120849757900758b00758d00758 a9c758c9cd2sc1d :20014000d2af 1207 b130930302023 51208ee30930302023574801207c69009ec1207d57494 :20016000c01207c69009fd1207d5757950c28e758bb0758d3cc28fd28e308f08d579eec26a :200180008e0201c83093f21208ee3093f712098f74c01207c6900a0e1207d512083 a75a0d3 :2001a000fe12098f74c01207c6900a1f1207d574321207f012098f74c01207c69009fd12c9 :2001c00007d512083 a02018d1207ab74801207c69009ca1207d574c01207c69009db1207d7 :2001e000d574c71207c6740d1207c674321207f03093fd1208ee3093f712098fe57a24470b :2002000044801207c6740c1207c6e57ab4060c74faf57a74321207f00202242401f57a74fb :20022000321207f07447257a44801207c6740d1207c60201f974021208491207a b9009a252 :200240001207d574c01207c69009b31207d5757914c28e758bb0758d3cc28fd28e308ffdb6 :20026000d579eec28e 1207ab9009c41207d512098f1207ab900ae01207d5900ac81207d5bd :2002800075aofe12090612085c75 a07fb4001a a977a878b90006b80a030202a9400bb900dd :2002a00006b8c8030202 a9401a1207ab900a301207d574c01207c6900a851207d512098f68 :2002c000020235ad78ae778d758e7475f00aeda4acf0fb75f00aeea4aef0fded2bfdee3c25 :2002e000fe 12091e74831207c6900ad01207d574831207c6ecb430030202fe1207e1ebb455 :2003000030030203081207e1e a1207e1742c1207e1e91207e1e81207e1900ad81207d5748c :20032000c01207c6900ae41207d5900ac81207d575710585756f85 746e75700 a85 706de571 :20034000701207f012090675791485 75 73857472e5701207f0c28e758bb0758d3cc28fd26a :200360008e308f08d579eec28e0203a812085c601f12083ac28e1207ab900a411207d57455 :20038000c01207c6900a85120 7d512098f020235e577b57208e578b5730302036140c285ce

:2003a0007772857873020361e572b56e08e573b56f030203c0403885726e85736f75710589

:2003c00085706d0570e570b464030203d2500302034712083 а1207ab900a521207d574c03 а

:2003е0001207с6900а851207d512098f020235d571d175f064e56da4aef0fd12091e74c34d

.•200400001207c6900ad01207d574c31207c6ecb430030204181207е1ebb430030204221298

:2004200007е 1е а1207е1900adc1207d574201207е1900ас81207d5 ad6fae6e7f00c3ed95b2

:2004400075fdee9574feof50f51fed2575fdee3574feeffced75f00aa4aef0fd7f00c3edf4

:200460009575fdee9574fe0f50f51fed2575fdee3574feeffbed75f00aa4aef0fd7f00c32d

:20048o00ed9575fdee9574fe0f50f51fed2575fdee3574feeffaba0503o2049e40010b8cc0

:2004a0006c8b6bec6008bc 14030204ае401а1207ab900a741207d574c01207с6900а8512а1

:2004c00007d512098f020235e56c900efe93f9e56c75f00aa4256b900f1393f8e98575f0e0

:2004e000a4f56a85f069e88575f0a4aef0fd7f00c3ed9464fdee9400fe0f50f51fed24647e

:20050000fdee3400febd320302050d40010fe56a2ff56ae5693400f569856d70856d68e50a

:20052000701207f0120906757914857573857472e5701207f0c28e758bb0758d3cc28fd288

:200540008e308f08d579eec28e02058812085c601f12083ac28e1207ab900a411207d57491

:200560(x)c01207c6900a851207d512098f020235e577b57208e578b5730302054140c2850a

:200580007772857873020541e572b56908e573b56a03020597402f8570681570e570b40ac1

:2005a000030205a9400302052712083a1207ab900a631207d574c01207c6900a851207d5f4

:2005c00012098f02023585706812083ae56dc395682360d5f567e56c900efe93f9e56c7582

:2005e0(x)f00aa4256b900f1393f8e9856df0a4f56685f065e8856df0a4aef0fd7f00c3edb4

:200600009464fdee9400fe0f50f51fed2464fdee3400febd320302061b40010fe5662ff58c

:2006200066e5653400f565ad66ae657f00c3ed9567fdee9400fe0f50f51 fed2567fdee34a3

:2006400000feeffced75f00aa4aef0fd7f00c3ed9567fdee9400fe0f50f51fed2567fdee97

:20066ooo3400feeffbed75f00aa4aef0fd7f0oc3ed9567fdee940ofeof50f51fed2567fd32

:20068000ee3400feeffaec75f064a4f56685f065eb75f00aa42566f566e56535f0f565ea2c

:2006a0002566f566e5653400f565e56c75f00aa4256b75f00aa4f56485f063ad66ae657f9f

:2006c00000c3ed9564fdee9563fe0f50f51fed2564fdee3563feeffceef8ed75f00aa4aea7

:2006e000f0fde875f00aa42efe7f00c3ed9564fdee9563fe0f50f51fed2564fdee3563fe73

:2007ooo0effbeef8ed75f0oaa4aef0fde875fooaa42efe7f00c3ed9564fdee9563fe0f50df

:20072000f51fed2564fdee3563feeffaec75f064a4f56285f061eb75f00aa42562f562e57e

:200740006135f0f561ea2562f562e5613400f561ae61ad6212091e74c81207c6900ad01237

:2007600007d574c81207c6900ae81207d5ea1207e1742c1207e1e91207e1e81207e11209b4

:20078000sf02023522c2d3c2d475b80075891275880575985075878022c28e758b78758d40

:2007a(x)0ecc28fd28e308ffdc28e2274011207c62274381207c6740c1207c674061207c6b5

:2007c00074011207c622f580c2b1c2b0d2b07580ff12079922e493 a360061207e10207d5 a7

:2007e00022f580d2b1c2b0d2b07580ff12079922c0e07:>f068a4f8a9f0d0e075f056a4fa78

:20080000abf07c00c3ea9464faeb9400fb0c50f51cea2464faeb3400fbba3203020821405b

:20082000010ce82cf8e93400f9e8257af8e93400f9c2a9887c897bd2a922c2a975a07f7570

:200840007f00757e00757d0022f57643b01cb40103c2b3224003c2b222c2b422c2b6d2b6d8

:200860(x)20b5fdc2b7e580d2b72323f5f05403f577e5f054fcf5f0c2b7e580d2b723234555

:20088000f0f578a977a878b90306b808030208c84014e576b40003 74012214120849740a72

:2008aoood5eofd02085cb90106b868030208c840030208c8e576b402030208c80412084909

:2008c000740ad5e0fd02085ce576b40103740q22400ee577c313f577e57813f5787400227a

:2008e000e578c333f578e57733f577740022757904c28e758bb0758d3cc28fd28e308ffd0a

:20090000d579eec28e22757950c28e758bb0758d3cc28fd28e308ffdd579eec28e227f0013

:20092000c 3 e d9410fdf.e9427fe0f50f51fed2410fdee3427feef4430fc7f00c3ed94e8fde0

:20094000ee9403fe0f50f51fed24e8fdee3403feef4430fb7f00c3ed9464fdee9400fe0f77

:2009600050f51 fed2464fdee3400fef.f4430fa7f00c3ed940afdee9400fe0f50f51fed2456

:200980000afdee3400feef4430f9ed4430f8222093fd1208ee2093f73093fd1208ee30936c

:2009a(x)of7222a2a54532d4d455445522a2a56362a2a002a2a2a2a2a2a2a2a2a2a2a2a2a23

:2009c0002a2a2a0052454144590043616c6962726174653 a203 530487 a20002d36353433fd

:2009e0003231303132333435362b20002a2a2a2a2a2a546573742a2a2a2a2a2a002a2a4fa9

:200a0000757470757420203056202a2a2a002a2a4f7574707574203130562044432a002a79

:200a20002a4f757470757420353020487a2a2a002020202020203c52653e2020202020208f :200a40000020202020496d706564616e6365202020002020202020203c46733e20202020bd

:200а60002020002020202020203с46313е202020202020002020202020203с52303е2020с9

:200a800020202020006973206f7574206f662072616e676521002020202050726573732092

:200aa0004f4b2e2e2e00202043616e6e6f742066696e6420202000202020206d6178696db2

:200ac000756d202020202000576169742e2e2e002020202020202000204f6d00487a2000d7

:200ae00052653d0046733d005174733d0052303d0052783d00516d733d0046313d007f80b0

:200b00008181828384848586878888898a8b8b8c8d8e8f8f90919292939495959697989942

:200b2000999a9b9c9c9d9e9f9fa0a 1a2a2a3 a4a5 a5 a6a7a8a8 a9aaab abacadadaeafbobo17

:200b4000b 1b2b2b3b4b5b5b6b7b7b8b9b9b abbbcbcbdbebebfcococ1c2c2c3c4c4c5c6c61в

:200b6000c7c7c8c9c9cacbcbcccdcdcececfd0d0d1d1d2d3d3d4d4d5d5d6d7d7d8d8d9d96a

:200b8000dadadbdcdcdddddededfdfe0e0e1e1e2e2e3e3e4e4e5e5e5e6e6e7e7e8e8e9e91b

:200ba000e9eaeaebebecececededeeeeeeefefeff0f0f0f 1f1f1f2f2f2f3f3f3f4f4f4f54a

:200bc000f5f5f5f6f6f6f7f7f7f7f8f8f8f8f9f9f9f9f9fafafafafafbfbfbfbfbfbfcfcff

:200be000fcfcfcfcfcfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfefefefefefefefefefefefefefefefe4a

:200c0000fefefefefefefefefefefefefefdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfcfcfcfcfcfcfcfb30

:200c2000fbfbfbfbfbfafafafafaf9f9f9f9f9f8f8f8f8f7f7f7f7f6f6f6f5f5f5f5f4f4b4

:200c4000f4f3f3f3f2f2f2f1f1f1f0f0f0efefefeeeeeeededecececebebeaeae9e9e9e8cc

:200c6000e8e7e7e6e6e5e5e5e4e4e3e3e2e2e1e1e0e0dfdfdededddddcdcdbdadad9d9d86a

:200c8000d8d7d7d6d5d5d4d4d3d3d2d1d1 d0d0cfcececdcdcccbcbcac9c9c8c7c7c6c6c582

:200ca000c4c4c3c2c2c 1c0c0bfbebebdbcbcbbbab9b9b8b7b7b6b5b5b4b3b2b2b1boboaffc

:200cc000aeadadacababaaa9a8a8a7a6a5a5a4a3a2a2a1 a09f9f9e9d9c9c9b9a99999897bd

:200ce0009695959493929291908f8f8e8d8c8b8b8a898888878685848483828181807f7eac

:200d00007d7d7c7b7a7a7978777676757473737271706f6f6e6d6c6c6b6a696968676665a6

:200d2000656463626261605f5f5e5d5c5c5b5a59595857565655545353525151504f4e4e91

:200d40004d4c4c4b4a4949484747464545444342424140403f3e3e3d3c3c3b3a3a3938384d

:200d6000373736353534333332313130302f2e2e2d2d2c2b2b2a2a292928272726262525be

:200d80002424232222212120201f1f1 el el d1d1c1c1b1b1a1a1919191818171716161515cd

:200da000151414131312121211111010100f0f0f0e0e0e0d0d0d0c0c0c0b0b0b0a0a0a095e

:200dc000090909080808070707070606060605050505050404040404030303030303020269

:200de00002020202020101010101010101010101oooooooooooooooooooooooooooooooode

:200e00000000000000000000000000000001010101010101010101010202020202020203b6

:200e20000303030303040404040405050505050606060607070707080808090909090a0af2

:200e40000a0b0b0b0c0c0c0d0d0d0e0e0e0f0f0f 101010111112121213131414151515169 a

:200e600016171718181919191a1a1b1b1c1c1d1d1e1e1f1f202021212222232424252526bc

:200e80002627272829292a2a2b2b2c2d2d2e2e2f3030313132333334353536373738383964

:200ea0003a3a3b3c3c3d3e3e3f4040414242434445454647474849494a4b4c4c4d4e4e4faa

:200ec00050515152535354555656575859595 a5b5c5c5d5e5f5f60616262636465656667a9

:200ee0006869696a6b6c6c6d6e6f6f7071727373747576767778797a7a7b7c7d7d7e000178

:200f00000101020202020203030303030303040404040400202d373f474d54595f00050a2a

:200f20000e 12161a1e2226292d3034373a3d404346494c4f5254575a5c5f61000205070a5b

:200f40000c0e 111315181a1c1e20232527292b2d2f31333537393b3d3f41424446484a4ce8

:200f60004d4f51535556585a5c5d5f61620002030507080a0b0d0f1012131516181a1в1de5

:200f80001e202123242627292a2c2d2e303133343637383a3b3d3e3f414243454647494abd

:200fa0004b4d4e4f515253555657595a5b5c5e5f60616300010204050607090a0b0c0e0f59

: 1c0fc0001011121415161718191b1c1d1e1f20222324252627282a2b2c2d2e2f9c

:03000300020114e3

:03000b000200c42c

:03001300020115d2

:03001b00020112cd

:03002300020113c4

:03002b00020116b9

:00000001ff

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты